全生命周期碳排放核算方法及其應用

周新軍，滿朝翰

（（1.中國鐵道科學研究院集團有限公司 鐵道科學技術研究發(fā)展中心，北京 100081；2.中國鐵道科學研究院集團有限公司 節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081）

碳排放核算方法是碳排放研究中的一個基本問題，也是對碳排放進行定量分析并確定排放主體承擔相應社會責任的重要基礎。近年來，學者們從不同的角度對碳排放核算方法進行了分析和探討，比較而言，從全生命周期視角(Life Cycle Assessment，LCA)進行的碳排放研究受到了更多的關注。一方面，這一視角的研究更有利于讓人們了解碳排放的源頭及全過程；另一方面，有利于人們在實踐中對碳排放進行系統(tǒng)性和綜合性的治理。為此，本文試圖通過對近年來有關全生命周期碳排放核算方法研究及其應用成果的梳理，為深化鐵路運輸企業(yè)全生命周期碳排放的研究提供一種方法論。

1 全生命周期碳排放核算方法

對于不同行業(yè)的碳排放，目前全世界主要存在2種權威的框架性標準。國際組織在溫室氣體清單指南(由IPCC即聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會發(fā)布)和清潔發(fā)展機制(CDM，由聯(lián)合國氣候變化框架公約(UNFCCC)第三次締約方大會提出)這2種框架下制定了2種碳排放核算標準，一是基于終端消耗的企業(yè)/項目碳排放核算標準，二是基于生命周期的碳排放核算標準。而在全生命周期碳排放核算標準的研究中，涉及3個方面的關鍵問題，一是全生命周期的階段劃分，二是碳排放邊界的界定，三是碳排放因子的確定。

1.1 全生命周期碳排放階段劃分

國內(nèi)對于全生命周期碳排放核算的研究主要集中在碳排放程度比較高的幾大行業(yè)，包括建筑業(yè)、鋼鐵業(yè)、煤化工業(yè)和交通運輸業(yè)等。李靜等[1]研究了基于全生命周期的建筑工程碳排放計算模型，將建筑生命周期分為設計階段、物化階段、使用維護階段與拆除回收處理階段，并將建筑全生命周期的碳排放活動歸結(jié)為能源、建筑材料、機械的碳排放。鄭曉云等[2]認為，裝配式建筑全生命周期碳排放主要包括建材生產(chǎn)、建材運輸、現(xiàn)場裝配、建筑使用、拆除運輸、回收填埋等階段。鄒安全等[3]研究了基于EIO-LCA的鋼鐵產(chǎn)品生命周期的碳排放，將鋼鐵產(chǎn)品生命周期界定為從原材料(鐵礦石等)、燃料生產(chǎn)(煤等)、輔料(耐火材料等)開始，到鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)、使用、報廢及回收再利用等階段，以及各階段中能源使用、污染物排放等造成的環(huán)境影響。武娟妮等[4]對新型煤化工的生命周期碳排放趨勢進行了分析，以煤制烯烴、煤間接液化、煤直接液化、煤制天然氣作為新型煤化工的代表，分析了從煤炭生產(chǎn)到產(chǎn)品消費整個產(chǎn)業(yè)鏈的碳排放現(xiàn)狀和趨勢。戢時雨等[5]將風電場全生命周期碳排放過程劃分為建設期(植被變化、建設工程、運輸工程)、運營期和報廢期3個階段。王悅等[6]對風電產(chǎn)業(yè)的全生命周期碳排放進行了分析，將碳排放過程劃分為風電設備制造業(yè)和風力發(fā)電業(yè)2個階段，第一階段又包括風機零部件制造(如葉片、輪轂、發(fā)電機齒輪箱、控制系統(tǒng)等)和風機制造(如整機的組裝和吊裝)，第二階段風力發(fā)電業(yè)覆蓋了風電場的規(guī)劃設計建設、生產(chǎn)運行和維護等整個生產(chǎn)運維過程。崔亞蕾等[7]認為，煤制天然氣的全生命周期大致可分為 5個階段，分別是煤炭開采、煤炭運輸、煤制天然氣生產(chǎn)、管道運輸和終端消費。

近十年來，由于整個交通運輸行業(yè)的全面快速發(fā)展，其能源消費總量提升較快，加上以油為主的能源結(jié)構調(diào)整緩慢，導致其碳排放量上升較快，引起了學術界的更多關注。任福民等[8]研究了鐵路全生命周期碳排放，將排放過程劃分為選址階段、設計階段、物化階段、使用階段和廢棄階段5個階段，其中選址階段、設計階段不產(chǎn)生實物CO2排放，使用階段的CO2排放屬于鐵路運營部分。陳進杰等[9]根據(jù)全生命周期理論，將高速鐵路全生命周期劃分為建材生產(chǎn)階段、施工建設階段、運營維護階段和報廢拆除處置4個階段。付延冰等[10]將高速鐵路的生命周期劃分為基礎設施建造、運營和回收3個階段。曾雪蘭等[11]從能源利用效率角度將軌道交通全生命周期碳排放過程劃分為燃料開采、運輸、發(fā)電(或提煉)到車輛使用等多個階段。孫涵潔[12]將電動汽車全生命周期排放過程劃分為電動汽車制造過程、使用過程和回收過程3個階段。

從上面的分析中不難看出，不同行業(yè)由于行業(yè)性質(zhì)的天然不同，其全生命周期碳排放有著不同的特點，排放階段的劃分也存在著較大差別；即便是同一行業(yè)，由于研究者認識的不同，全生命周期的碳排放階段劃分也存在著一定的差異，這些差異的存在造成了碳排放計量上的差異。一般而言，碳排放階段劃分得越具體，碳排放計量遺漏也越少，最終結(jié)果也就越準確。

1.2 碳排放邊界的界定

通俗地講，碳排放邊界實際上就是碳排放計量的范圍，也就是碳排放清單。顯然，邊界不同，計量的結(jié)果會存在著比較大的區(qū)別。從這個意義上看，碳排放邊界的界定是進行碳排放核算和評價的一個重要前提。表面上看，全生命周期碳排放實際上已經(jīng)確定了排放的邊界。例如，某一產(chǎn)品的碳排放邊界，就是設計、生產(chǎn)、運輸、使用、再回收利用或填埋銷毀的整個過程所涉及的原材料、外來能源消耗和填埋銷毀所產(chǎn)生的碳排放[13]。但實際上，碳排放邊界還包括了其他2個重要的方面，一是核算主體的確定，二是核算期限的確定。

1.2.1 核算主體的確定

核算主體的確定受各種因素的影響，如技術條件、原始設計、經(jīng)濟核算等因素的影響。

（1）技術條件是指能源計量設備和能耗監(jiān)測設備所能達到的范圍，如美國環(huán)境保護署在進行碳排放核算時，核算主體精確到每一個用能設備，其技術條件是要求電力企業(yè)碳排放量可直接通過監(jiān)測設備來獲得。根據(jù)美國2010年溫室氣體排放報告所述，約有42%的發(fā)電設備是利用監(jiān)測設備不間斷地進行監(jiān)測，從而獲得相關溫室氣體排放量。目前美國很多地方已經(jīng)推廣應用能耗監(jiān)測時時在線系統(tǒng)，不僅能夠做到對每臺設備的監(jiān)測，而且可以做到隨時隨地根據(jù)需要獲取相應的能耗數(shù)據(jù)。

（2）原始設計是指能耗計量和監(jiān)測設備最初的設計安裝狀態(tài)，如果無法對設備的線路條件進行改造，就不能實現(xiàn)對每一個用能設備的碳排放情況進行監(jiān)測。

（3）經(jīng)濟核算因素是指由于經(jīng)濟管理體制的因素使核算主體無法進一步分割的狀況，如在計劃經(jīng)濟體制下，由于產(chǎn)權的不明晰導致能耗設備計量的模糊，只能以總量形式出現(xiàn)，而無法分劈到更具體的能耗設備和用能單位，結(jié)果造成碳排放主體無法進一步細分，只能以整體形式出現(xiàn)。

在全生命周期碳排放過程中，核算主體的確定有利于明確各個階段碳排放主體的責任，從而形成對主體碳排放行為的制約機制。

1.2.2 核算期限的確定

常規(guī)的碳排放量核算一般以年為單位，但在全生命周期核算中，核算時間是不確定的，需要根據(jù)核算對象的特定屬性來加以確定，如商品和服務在生命周期內(nèi)的溫室氣體排放評價規(guī)范(PAS 2050∶2008)規(guī)定的產(chǎn)品核算期限為10年。因此，時間參數(shù)的選擇在全生命周期碳排放核算中也是頗為關鍵的一環(huán)。王吉凱等[14]基于生命周期理論對家電產(chǎn)品碳排放計算方法進行了研究，時間范圍被界定在2007—2010年，其中：原材料獲取階段、制造階段、運輸階段的數(shù)據(jù)為2007年數(shù)據(jù)；使用階段為2007—2010年度數(shù)據(jù)；回收和處置階段的填埋和焚燒數(shù)據(jù)皆為2010年數(shù)據(jù)。蘇醒等[15]對中國能源系統(tǒng)生命周期碳排放的時間有效性進行了研究，并對能源上游階段生命周期碳排放的時效敏感因素進行了篩選，結(jié)果發(fā)現(xiàn)煤電生產(chǎn)標準耗煤量參數(shù)的有效時間間隔是1年，其他參數(shù)的有效時間間隔均大于10年。

1.3 碳排放因子的確定

碳排放因子是指每一種能源燃燒或使用過程中單位能源所產(chǎn)生的碳排放數(shù)量，由專業(yè)機構根據(jù)以往的數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算得出，這樣各家研究機構都有各自的碳排放因子，其中最有名的是IPCC給出的因子[16]。在一般碳排放因子數(shù)值的核定中，核電等新能源和可再生能源沒有碳排放，即排放值為0，但在全生命周期中，它們?nèi)匀粫幸欢ǖ奶寂欧帕?，只是與一次能源的碳排放值相比要低很多。由于技術設備、運行條件的假設不同，不同的研究對煤電、燃油燃氣發(fā)電，以及核電等新能源和可再生能源發(fā)電在全生命周期內(nèi)的單位碳排放(排放強度)給出的數(shù)值也不同。世界核能協(xié)會對1997年以來的23份相關研究報告中的碳排放強度進行了匯總，得出了如表1所示的數(shù)據(jù)。在實際核算中，一般取中值。

排放因子數(shù)值的選定對碳排放核算結(jié)果影響比較大。為避免在碳排放量核算過程中數(shù)值被放大的負面影響，核算人員可以參照以下原則進行碳排放因子的評估、選擇和確定：選擇最接近真實狀況的排放因子；選擇最容易獲取準確活動數(shù)據(jù)的排放因子；選擇目標用戶容易接受或?qū)河欣呐欧乓蜃覽17]。

表1 全生命周期碳排放強度值 g / (kw·h)

1.4 全生命周期碳排放核算公式

全生命周期碳排放核算公式是建立在常規(guī)性的碳排放核算基礎上的，其數(shù)值等于各個階段碳排放量的加總，用公式可表示為

式中：C總表示全生命周期碳排放總量，C1，C2，…，Cn則為每個排放過程中相應的階段碳排放值。

在階段碳排放值的計算中，比較難的是最后一個階段即報廢階段的核算，其數(shù)據(jù)不易獲得，國內(nèi)外的文獻也較少涉及這一階段的碳排放，因而也給碳核算帶來了困難，但只要碳排放清單比較詳盡，這一困難是可以克服的。

總體而言，全生命周期碳排放核算公式比較簡單，比較復雜的是核算清單和排放因子數(shù)值的確定。核算清單涉及的項目繁多，容易出現(xiàn)遺漏；而排放因子又存在數(shù)值不統(tǒng)一的問題，在取舍時需要考慮諸多因素。當然，最簡單的方法是概算法，只要獲得能耗數(shù)值，再乘以統(tǒng)一的碳排放轉(zhuǎn)換系數(shù)2.457 (國家發(fā)展和改革委員會能源研究所推薦的我國綜合碳排放系數(shù)，即每消耗1 t標準煤產(chǎn)生2.457 t CO2)，即可獲得相應的碳排放值。由于是粗略算法，此種方法較少使用。

2 全生命周期碳排放核算方法的應用

全生命周期碳排放核算方法雖然在理論上得到了一定程度的重視，但在實踐中還沒有得到很好的應用，最典型的例子是，作為一種統(tǒng)計方法，它并沒有在碳排放統(tǒng)計中得到應用。主要原因有以下幾個方面：一是目前能耗的統(tǒng)計是按時間(年或月)而不是按照過程進行的，因而碳排放也就不可能按照生命周期進行統(tǒng)計匯總；二是全生命周期碳排放完整鏈條的形成需要比較長的時間，與此相關的碳排放數(shù)據(jù)也需要較長時間才能獲得，因而從形成機理來看，也不適應實際工作中碳排放量統(tǒng)計的要求；三是從技術及管理層面來看，對全生命周期碳排放量的監(jiān)測還存在不少的困難，尤其是碳排放主體細分的技術要求和體制要求，目前都很難達到。

盡管全生命周期碳排放核算方法在碳排放量統(tǒng)計上還沒有得到應用，但在其他領域已經(jīng)進行了一些嘗試并取得了一定的成果。首先，利用全生命周期碳排放核算結(jié)果，可以對行業(yè)或企業(yè)的碳排放現(xiàn)狀進行診斷，從源頭上減少碳排放，可以大大減少碳排放治理的成本。例如，從設計階段就考慮節(jié)能減排，在原材料選取、設備選型、工作方式選擇等方面比較容易實現(xiàn)低碳目標，從而有利于搞好源頭治理，并為中下游碳排放的治理創(chuàng)造條件。

其次，有利于加強管理，提高能效。人們以為新能源和可再生能源的消費沒有碳排放，但如果從全生命周期角度考慮，它們也是有碳排放的。以太陽能光伏為例，如果從全生命周期考慮，那么就需要計算從原材料和燃料的加工、電站的工程建設、電站的發(fā)電運行、廢料的處理，直到電站報廢以后的拆除整個過程的碳排放。顯然，這個過程是會產(chǎn)生碳排放的，因此作為最后結(jié)果的太陽能光伏也有一定程度的碳排放。由此擴展到任何一種電源，均存在一定程度的碳排放。這就意味著，在實際工作中，不僅應提高勞動生產(chǎn)率、盡可能減少人力投入，而且要注重節(jié)約能源，即便是新能源和可再生能源。目前在節(jié)能減排中存在著一個誤區(qū)，就是認為新能源和可再生能源不產(chǎn)生碳排放，因而只注重傳統(tǒng)能源的節(jié)約，而不注重新能源和可再生能源的節(jié)約。一個典型的例子是，在現(xiàn)有的能耗統(tǒng)計中，很多地方并沒有將新能源和可再生能源的消費納入其中。而按照全生命周期的理論，這些新能源和可再生能源也會產(chǎn)生碳排放。因此，在日常工作中，應加強這一領域的管理。

第三，有利于加強對碳排放全過程的治理。全生命周期碳排放核算方法不僅是一種計算方法，更是一種診斷方法。人們通過對各個階段碳排放的對比，可以找到碳排放的主要環(huán)節(jié)和主要因素，從而有針對性地對這些環(huán)節(jié)實施重點治理，實現(xiàn)一個企業(yè)乃至行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3 結(jié)束語

全生命周期碳排放核算方法是基于一般性的碳排放核算方法，是對一般性理論的進一步延伸，突出對碳排放全過程的跟蹤、綜合評價及估算。它不僅是一種核算方法，更是一種診斷方法，通過比較分析，能夠有效發(fā)現(xiàn)一個企業(yè)或一個行業(yè)碳排放價值鏈中主要的排放點，從而為碳排放的治理提供直接的依據(jù)，因而具有廣泛的實踐應用價值。全生命周期碳排放核算理論盡管目前已形成了較為完善的框架體系，但仍存在著不足，體現(xiàn)在對一些核心問題的分析和研究還不夠深入，對國外研究成果還需進一步跟進、梳理和借鑒等，這些都需要在今后的研究中不斷深化和拓展。